CN101919058A - 用于制备外延纹理厚膜的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的主题涉及薄膜的激光结晶的使用，以产生外延纹理结晶厚膜。在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括：提供用于在衬底上结晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括具有主表面结晶取向的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；使用脉冲激光器从衬底的背面照射该膜，以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分同时籽晶层的第二部分保持固态；以及重新凝固顶层的第一部分，以形成以籽晶层外延的结晶激光，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。

Description

用于制备外延纹理厚膜的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35卷第119条(e)款要求以下申请的利益，这些申请的全部内容通过引用被并入本文：
于2007年11月21日提交的、标题为“Methods and Systems forBackside Laser Induced Epitaxial Growth of Thick Film”的第60/989,729号美国临时申请；以及
于2007年12月7日提交的、标题为“Methods and Systems forBackside Laser Induced Epitaxial Growth of Thick Film”的第61/012,229号美国临时申请。
本文中引用的所有专利、专利申请和专利出版物通过引用被全部并入本文。
本申请涉及与其在同一日期提交的并且标题为“Systems andMethods for Preparing Epitaxially Textured Polycrystalline Films”的共同拥有和共同未决的申请，其内容通过引用被全部并入本文。
背景技术
本文中描述的主题涉及用于制备外延生长纹理厚膜的系统和方法。
厚膜在太阳能电池应用中特别有用，因为较厚的膜可以吸收更多的光子，从而产生更多的电。太阳能电池或光伏电池是将光能转换为电能的器件。当材料暴露于光时，太阳能或光伏电池在光吸收材料中产生电。当光能照射到太阳能电池时，光伏效应产生电。
光吸收材料通常是半导体材料。当前有用在太阳能电池中的多种不同的半导体材料且常见材料是硅。硅的最有效的形式(例如，从入射光中捕获最大量的能量)是作为单晶硅。然而，单晶硅晶片是昂贵的。在很多光伏应用中，所使用的硅是相对厚的多晶或非晶硅膜。例如，可以使用具有大约1微米至高达20微米的厚度的膜。多晶硅或非晶硅可以用在试图降低制造成本中。然而，因而产生的电池不如使用单晶硅的电池有效。
可以通过化学气相沉积(CVD)(例如等离子体增强(PE-CVD))从例如硅烷气体和氢气制造硅薄膜。根据沉积参数，这可以产生非晶硅(a-Si)或多晶硅(poly-Si)。从这些材料制造的太阳能电池往往具有比体硅更低的能量转换效率，但生产起来也更不昂贵，且它们可以在大表面上产生。
发明内容
所公开的主题涉及薄膜的激光结晶的使用，以产生外延纹理结晶厚膜。
在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括：提供用于在衬底上结晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括具有主表面结晶取向的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；使用脉冲激光器从衬底的背面照射该膜，以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分，同时顶层的第二部分保持固态；以及重新凝固顶层的第一部分，以形成以籽晶层外延的结晶激光，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。
在一个或多个实施方式中，籽晶层包括多晶硅。
在一个或多个实施方式中，顶层包括非晶硅。
在一个或多个实施方式中，顶层具有{111}取向的主表面结晶取向。
在一个或多个实施方式中，顶层具有{100}取向的主表面结晶取向。
在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。
在一个或多个实施方式中，使用从下列项组成的组中选择的技术来沉积籽晶层：区熔再结晶(ZMR)、固相再结晶、化学气相沉积(CVD)、溅射、蒸发、表面能量驱动的二次晶粒生长(SEDSGG)、混合相凝固和脉冲激光结晶法。
在一个或多个实施方式中，该方法包括使用脉冲照射在背面照射籽晶层，以在籽晶层的整个厚度中增加籽晶层的纹理。
在一个或多个实施方式中，使用从低压化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD、物理气相沉积技术和溅射沉积组成的组中选择的方法来沉积顶层。
在一个或多个实施方式中，该膜包括从金属和半导体材料组成的组中选择的材料。
在一个或多个实施方式中，顶层具有在1微米到大约20微米的范围内的厚度。
在一个或多个实施方式中，籽晶层具有在50纳米到大约1微米的范围内的厚度。
在一个或多个实施方式中，照射膜的步骤包括用连续波或准分子激光器照射。
在一个或多个实施方式中，该方法包括从膜的上表面加热膜。
在一个或多个实施方式中，加热包括从膜的正面共同照射。
在一个或多个实施方式中，加热包括与加热的表面接触。
在一个或多个实施方式中，照射熔化整个顶层。
在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的方法包括：提供用于在衬底上结晶的膜，其中衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括具有主表面结晶取向的籽晶层、在籽晶层之上布置的顶层、以及在籽晶层之下布置的金属层；使用在金属可吸收的波长处的脉冲激光器来照射膜以加热金属层，所述热被传输到顶层以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分，同时籽晶层的第二部分保持固态；重新凝固顶层的第一部分，以形成以籽晶层外延的结晶层，从而释放热来熔化顶层的相邻部分。
在一个或多个实施方式中，照射步骤通过膜的正面进行。
在一个或多个实施方式中，光的一部分被膜吸收。
在一个或多个实施方式中，照射步骤通过膜的背面进行。
在一个或多个实施方式中，该方法包括在籽晶层和金属膜之间提供缓冲层。
在一个或多个实施方式中，制造太阳能电池的方法包括：通过提供用于在衬底上结晶的膜来制备结晶硅层，其中衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括包含具有表面纹理的晶粒的籽晶层以及在低缺陷密度籽晶层之上布置的顶层，所述顶层具有大于籽晶层的厚度；使用脉冲激光器从衬底的背面照射膜，以在与籽晶层的界面处熔化低质层的一部分，其中晶体从籽晶层外延地生长；以及在两个电极之间布置多晶硅层。
在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。
在一个或多个实施方式中，用于制备厚结晶膜的系统包括：衬底，其中衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括布置在衬底上用于结晶的膜，该膜包括包含具有表面纹理的晶粒的籽晶层以及在籽晶层之上布置的顶层；用于使用脉冲激光器从衬底的背面照射膜以在与籽晶层的界面处熔化顶层的第一部分同时顶层的第二部分保持固态的装置；以及用于使结晶材料的第一部分生长以在籽晶层上形成外延层从而释放足以熔化顶层的相邻部分的热的装置。
在一个或多个实施方式中，顶层具有大于籽晶层的厚度。
附图说明
如附图所示的，从以下更具体的描述中，本文中所述的实施方式的上述和其他特征将明显。
图1简要示出了根据本文中所述的一个或多个实施方式的激光照射方法。
图2是根据本文中所述的一个或多个实施方式的背面照射过程的简要说明。
图3是根据本文中所述的一个或多个实施方式的具有位于衬底和籽晶层之间的金属膜的厚膜的横截面。
图4a-4c是根据本文中所述的一个或多个实施方式的厚膜的正面照射过程的简要说明，其中金属膜位于衬底和籽晶层之间。
具体实施方式
按照惯例，使用在高温执行的化学气相沉积(CVD)工艺来进行薄膜的外延生长，以确保籽晶层的晶格取向的高质再现。然而，这样的工艺需要使用可以经受高温的衬底。如果还需要或期望衬底的透明度，如对于太阳能电池可能是这种情况，则衬底需要由石英或专用高温玻璃制造。这些衬底可能是昂贵的并且可能在大尺寸下不可得到。此外，经由CVD的外延可能具有非常低的沉积率。
以前，通过在薄结晶籽晶层(c-Si)上沉积在此也被称为“顶层”的厚的有缺陷的层(例如，非晶硅(a-Si)层或多晶硅膜(p-Si)))并熔化a-Si层来制备外延膜，以使用熔化介导外延从结晶籽晶层提供外延生长层。为了使硅层外延地生长，从正面(即，膜的非衬底侧)照射膜以完全熔化a-Si层，而实质上不熔化下面的c-Si层。因此，结晶层从籽晶层和熔化物之间的液体-固体界面的界面生长。然而，该过程可能难以控制。由于a-Si层的期望厚度通常大于籽晶层的厚度，只熔化沉积的a-Si层很难。这个困难可起因于照射过程中的非均匀性，包括从一个脉冲到另一脉冲的能量变化。需要相当多的照料来避免籽晶层连同a-Si层的不希望有的熔化。并且，可能需要多次执行熔化和生长过程。通常，a-Si层的厚度范围可以从20纳米到80纳米或更大(例如500纳米)。因为在对热有传导性的结晶Si籽晶层上沉积膜，与如果在传导性较弱的衬底例如二氧化硅上沉积膜相比，可能需要更高的能量密度辐射来完全熔化膜。沉积足够的热来完全熔化有缺陷的膜所需的高能量密度可能例如通过蒸发或通过凝聚而导致表面的损坏。这限制了可以被完全熔化而不引起损坏的有缺陷的层的最大厚度。然而，这是为什么需要多次沉积和辐射来达到光子吸收层的令人满意的厚度的另一原因。薄膜太阳能电池通常具有在大约1微米到大约20微米或更大的数量级的硅层。因此，需要a-Si沉积和液相外延生长的多次重复来获得期望的厚度。这个过程是耗时的、昂贵的以及低效的。
如本文中所述，激光照射外延过程提供了优质外延并且与诸如低温玻璃的低温衬底相容。该方法包括在膜中引起有限的熔化度以及触发称为爆炸结晶的自我维持过程。爆炸结晶可能作为非晶和结晶材料的熔化温度的不同的结果而发生。非晶硅具有比结晶硅更低的熔化温度(Ta-Si＜Tc-Si)，这有助于抑制籽晶层的熔化并促进非晶硅层的优先熔化。进一步地，非晶硅处于亚稳态中并具有较高的自由能量。(作为在结晶之后的熔化照射的结果)诸如非晶硅的亚稳材料到诸如结晶硅的更稳定的材料的转变导致能量的净减少，因此在结晶时释放潜能。在结晶过程中，这可以转变为热。因为非晶材料的结晶导致能量的释放，使用释放的能量来熔化相邻非晶区域并产生进一步的结晶是可能的。在很多情况中，结晶过程可以是自我维持的，并且只需要对结晶发起以通过非晶体传播。
参照图1描述该方法的方面。为了解释的清楚，参照硅膜描述该方法。然而，显然，该方法可以应用于其它材料。例如，膜可以是金属合金或半导体膜。金属合金可以包括镍钛。半导体膜可以包括传统的半导体材料，例如硅、锗和硅锗。在一些实施方式中，有缺陷的材料是a-Si。
第一步骤包括在衬底上设置籽晶层(图1中的105)。在该实例中，105指的是图1的流程图中的块的标志。籽晶层具有期望的结晶取向。
低缺陷密度籽晶层提供了良好的衬底，从该衬底使低缺陷密度(外延)厚膜外延地生长。因此，可以产生具有低缺陷密度的大晶粒的结晶取向Si膜。低缺陷密度膜特征在于少量的晶界和较少的晶间缺陷，例如显著低于109缺陷/平方微米。籽晶层可以相对薄，例如在大约50和1000纳米之间或者在大约100和200纳米之间。
获得前体纹理膜(其随后可以被处理以形成大晶粒膜)的传统方法包括：区熔再结晶(ZMR)、固相结晶、直接沉积技术(CVD、溅射、蒸发)、表面能量驱动的二次晶粒生长(SEDSGG)和脉冲激光结晶(多脉冲ELA)方法。如M.W.Geis等人的“Zone-Meltingrecrystallization of Si films with a moveable-strip-heater oven”J.Electro-Chem.Soc.129，2812(1982)所述的，使用热辐射源的区熔照射可以产生具有{100}表面取向的硅膜。用于产生(100)纹理膜的其他方法包括CVD和低压CVD。见例如J.Electrochem.Soc.Vol.134，NO.134，pp.2541-2545(October，1987)、J.Appl.Phys.，Vol.73，No.12，pp.8402-8411(June，1993)和J.Matl.Sci.Lett.，Vol.7，pp.247-250(1988)；或对于铝诱导结晶，见例如O.Nast，Appl.Phys.Lett.73，No22，pp.3214-6(November 1998)。可以设想，也可以以类似的方式采用其他纹理诱导方法来生成纹理前体。
之前在James Im于2004年11月18日提交的且标题为“Systemand Methods for Creating Crystallographic Controlled OrientationControlled PolySilicon Films”的美国序列号10/994,205的申请中已经描述了具有少量晶界例如大晶粒和用作籽晶层的低缺陷密度的纹理膜的形成，该申请的内容通过引用被全部并入本文。在那个过程中，膜被预处理以将期望的纹理引入膜中，然后使用连续侧向结晶(SLS)激光照射被结晶以形成SLS所特有的增强晶粒生长。发布给Dr.James Im的于1981年11月18日提交的标题为“Method and Tool forGenerating Countersunk Holes in Composite Material”的第6,322,625号美国专利、于2000年3月16日提交的标题为“Method and Systemfor Providing a Continuous Motion Sequential Lateral Solidification”的第6,368,945号美国专利、于1999年9月3日提交的标题为“Methodsfor Producing Uniform Large-Grained and Grain Boundary LocationManipulated Polycrystalline Thin Film Semiconductors UsingSequential Lateral Solidification”的第6,555,449号美国专利、于1999年9月3日提交的标题为“Systems and Methods Using SequentialLateral Solidification for Producing Single or Polycrystalline SiliconThin Films at Low Temperatures”的第6,573,531号美国专利、以及于2008年11月5日提交的标题为“Flash Light Annealing for ThinFilms”的第61/111,518号美国临时专利申请描述了这样的SLS系统和过程，这些专利的全部内容通过引用被并入本文，并且被转让给本申请的共同受让人。在一个或多个实施方式中，预处理膜的过程是混合相凝固(MPS)过程。这是可以在结晶结构中产生非常低的晶内缺陷密度的过程。
一旦提供了具有期望的晶内缺陷密度和晶界密度的籽晶层，就在籽晶层(图1中的110)上沉积非晶或其他低质结晶膜。在该实例中，110指的是图1的流程图中的块的标志。使用传统方法，例如低压CVD、等离子体增强CVD、物理沉积技术如溅射沉积等来沉积膜。
非晶层可以比籽晶层厚很多倍，并且可以是例如大约1微米到大约20微米厚或者大约2-6微米厚或者高达10-20微米厚。非晶层可以与在最终产品例如太阳能电池板中希望的一样厚。
虽然高缺陷或顶层通常将比籽晶层更厚，但是它不需要更厚，例如籽晶层可以非常厚(大约1微米)，并且它可以在多个步骤中被处理以提供低缺陷密度膜。例如，1微米的有缺陷的硅层(即，顶层)可以在背面照射之后被沉积在籽晶层上，以诱导膜中的外延。
籽晶层和顶层被支撑在衬底上，衬底在其区域的至少一部分上对激光能量是透明的。所谓“对激光能量是透明的”指的是本文中所述的用在膜的处理中的激光能量实质上不被衬底吸收。因此，由于膜的至少一部分的伴随的加热和熔化，膜选择性地吸收激光能量。从衬底背面的照射在非晶层的熔化的范围内提供控制。由于籽晶层的结晶材料在更高温度熔化，因此沉积足够的能量来使热通过籽晶层传递以引起有缺陷的层的熔化而不完全熔化籽晶层是可能的。
根据本文中公开的实施方式，经由辐射加热沉积在结晶籽晶层之上的非晶层的初始区域。从与c Si接触的a-Si的一侧引起顶层的熔化，同时其余的a-Si保持固态。由于籽晶层通常直接沉积或生长在衬底上，因此照射通常从衬底侧或膜的背面出现，如图2所示。因此，如图1中的110所示，照射从衬底背面出现，使得只有最接近于照射源和与籽晶层相邻的区域被熔化。虽然籽晶层和有缺陷的厚膜都被照射，但是有缺陷的层的较低的熔点使其在太多的结晶籽晶层被熔化(即，籽晶层几乎完全熔化，使得它变得不连续)之前或者甚至在它完全熔化之前首先被熔化，或者至少开始熔化。辐射可被这两个层吸收，主要被有缺陷的层吸收或者主要被籽晶层吸收。辐射可以(主要)在c-Si膜中被吸收，以便a-Si层被加热以通过(主要)传导熔化。当非晶层的第一部分熔化并且改良为结晶硅时，从硅中正被散逸为热的能量产生散热量，因为硅形成在热力学上更稳定的结晶形式。因为非晶材料在存在结晶材料时熔化，但是液体的温度仍在结晶材料的熔点之下，结晶材料将从籽晶层外延地生长。散热量足以熔化相邻的非晶硅，然后相邻的非晶硅本身重新结晶为结晶硅并释放额外数量的能量。因此，散热量作为波通过材料从最接近于衬底的区域传播到上表面。
通常，爆炸结晶过程将继续，直到淬火或直到所有非晶材料转变为结晶材料。已知淬火导致在生长阵面处温度的降低以及缺陷的形成和最终过程的停止。淬火通常是附近的传导材料和/或附近的衬底的结果。然而，在当前配置中，并不预期膜的重大淬火，因为在生长阵面被释放并“向上”扩散到和进入剩余的有缺陷的硅中的热的小部分被捕获在其中。此外，有缺陷的硅通常具有低导热性，使得热不能在膜上快速扩散，而是保留在熔化界面的附近区域内。
当籽晶层和有缺陷的顶层之间的初始界面可能像例如经由MPS获得的膜一样粗糙时，爆炸结晶过程被预期导致熔化和凝固界面的逐步平滑。对于籽晶层凸进有缺陷的层中的那些区域，爆炸结晶阵面(即，紧集间隔的熔化和凝固阵面)也将最初凸进有缺陷的层中并且将因此比阵面可能是平面的或者甚至是负曲面的其他地方更快地冷却。作为结果，预期阵面相对于其他区域慢下来并且预期整个阵面变平/变平滑。
用于触发熔化过程的激光源可以是发射光的任何脉冲或调制激光源，衬底对该光实质上是透明的，但该光可被膜堆栈吸收。例如，激光器可以是CW激光器或准分子激光器。此外，具有吸收深度大约为或大于前体膜的厚度的波长的光可以用于促进非晶层中的热吸收并减少籽晶层中吸收的热。这可以增加过程窗，其中在非晶层中产生实质上连续的液态膜，同时实质上连续的固态膜保持在结晶前体中。这样的波长可以是例如大约500纳米或更长，如由例如倍频Nd:YVO4或Nd:YAG激光器(532纳米)发射的，或者甚至更长的波长。在一些实施方式中，在单激光脉冲中，激光能量和脉冲持续时间足以熔化与籽晶层相邻的非晶层的一部分。
在一个或多个实施方式中，激光脉冲熔化非晶层的一部分并且包括爆炸结晶，以只在单个激光脉冲中将厚Si层转变为具有结晶特性的层。本文中公开的实施方式优选地使用洪水照射。由于用于洪水照射的光束，膜的边缘区域可能具有较差的质量，因为那里也存在侧向爆炸结晶。爆炸阵面的侧向部分由于温度剖面的两维特性将更快得淬火。因此，将有缺陷形成和缺陷生长。当与第二辐射脉冲重叠时，已经结晶(尽管有缺陷)的这个有缺陷的区域将不再次熔化。因此，具有短的少数载流子寿命的有缺陷的晶体区域将保留。
为了缓解这些问题中的一些，使用具有尖锐边缘和实质上均匀的能量密度的洪水照射光束。可以使用SLS设备或线光束ELA设备获得这样的光束。对于脉冲小于膜面积的那些实施方式，有缺陷的区域可以位于膜以后被移除的区域中，以在一个电池的前触点和相邻电池的后触点之间产生通道。通道可以用于产生串联的电池。一些实施方式使用洪水照射，辐射区域与电池板(或者其主要部分)例如闪光灯或激光二极管阵列一样大。当长波长不能被Si膜充分吸收时，可以使用在籽晶层下方或衬底之上的金属层，如以下更详细地描述的。进一步地，这些金属层可以用于从膜的顶部执行长波长洪水照射。
在一些实施方式中，膜可以在背面辐射时完全融化。实验工作表明，对于薄a-Si膜(即，经由MPS获得的100纳米籽晶层上的200纳米)，当在背面辐射时，a-Si被完全熔化，而籽晶层至少部分保持未受影响。由于观察到非常小的缺陷形成，纹理再现是良好的。可以为对制造太阳能电池足够厚的a-Si膜引起a-Si的完全熔化。这可以是当使用较长的波长辐射时的情况，使得吸收长度超过籽晶层的厚度。此外，预热可以引起完全熔化。并且，大部分被位于籽晶层和衬底(且以下将更详细地描述)之间的金属层吸收的适度吸收的光的顶侧辐射可以引起完全熔化。
如上所述，用于照射膜的能量的量小于用在传统的熔化介导外延过程中的能量，因为只有薄区域并且不是整个厚膜被熔化。因此，可以使用各种各样的衬底，包括低温玻璃等等。例如，本文中公开的方法可以用于例如玻璃衬底，还可以用于非透明衬底，例如金属箔，例如不锈钢或者陶瓷衬底。
在其他实施方式中，添加额外的热以维持该过程。可以通过衬底预热或从前面共同照射来完成加热。可以通过例如照射、炉预热、热板或任何其他传统的源将热引到顶层。加热可以减少照射所需的能量的量并且减少衬底对热的损坏水平的暴露。它还可以用于修改或控制通过非晶顶层传输的液体的速率。例如，加热该膜可以降低结晶速度。
图2是根据所公开的主题的一个或多个实施方式的背面照射和结晶的简要说明。膜(图中只示出了该膜的一部分)包括衬底230，其上沉积薄结晶籽晶层220和厚非晶硅层200。通常，关于共同未决的申请中的薄膜描述了背面照射，该申请与本文在同一日期提交，标题为“Systems and Methods for Preparing Epitaxially TexturedPolycrystalline Films”，其全部公开通过引用被并入。薄膜的背面照射的方法包括：生成纹理前体膜以及通过膜的背面，即，通过膜的衬底照射膜，以改善在整个膜厚度的纹理。背面照射可以是SLS照射，SLS照射可以同时产生均匀的纹理和微结构。在一些实施方式中，背面照射可以是洪水照射。如果实现非SLS背面照射方法，则所需的微结构可以由背面产生，即，通过结晶膜的上表面，在背面照射之后的SLS已经被执行。薄膜的背面照射原理可以应用于本文中公开的薄膜。a-Si层200可以由低压CVD制成。然后，从背面照射膜，如箭头240所示，导致在籽晶层220和非晶硅200之间的界面处少量的液态硅210的形成。液相210在沿着箭头250通过非晶硅层200的方向上在爆炸过程中结晶并传播。
这种照射方法具有将热限制在膜中的额外的优点。当结晶在膜中向上继续进行时，膜的向上释放的热被限制在缩小的体积中，因而温度将升高。温度升高将导致更平缓的爆炸结晶发生(例如结晶速度降低)，且这将抑制缺陷的形成。还可以例如从膜的上表面通过引入额外的热来进一步降低结晶速度，如以上所述的。
在一些实施方式中，薄金属膜可以沉积在硅籽晶层下方。图3是厚膜300的横截面图，厚膜300包括衬底302、金属膜304、可选的缓冲层306、籽晶层308和厚顶层310。薄金属膜可以由例如钼组成。缓冲层可以由例如二氧化硅组成。在一些实施方式中，金属吸收出现在诸如金属箔的金属衬底中。在一些实施方式中，没有使用缓冲层，且金属层直接接触a-Si膜并且可以用作太阳能电池组中的背面接触。
在具有薄金属膜层的实施方式中，可以从膜的顶部部分照射硅膜，如图4a-c所示。在图4a中，辐射400照射顶层310的顶部部分并穿过膜的厚度到金属层。辐射具有一种类型，使得顶层310中的硅和籽晶层308只吸收入射光的一部分，而光的大部分被薄金属膜吸收，如405所示。如图4b中所示，这种吸收加热金属薄膜304，因而从与籽晶层相邻的顶层的底部为硅膜提供热并熔化顶层410的这部分。如以上所述，加热和熔化的步骤通过爆炸结晶在整个顶层传播，如图4c所示，其中先前熔化的层420正在结晶并加热顶层420的下一部分。因此，该方法向硅膜提供了与背面辐射实施方式相类似的加热。光源可以是激光器，例如二极管激光器。例如，二极管激光器可以是808纳米激光器。
虽然已经示出并描述了所公开的主题的实例，但是对本领域的技术人员将容易明显，可在其中进行各种改变和修改，而不偏离所附权利要求限定的所公开的主题的范围。因此，所公开的主题仅由以下权利要求及其等效形式限制。

Claims (26)

1.一种用于制备厚结晶膜的方法，包括：
提供用于在衬底上结晶的膜，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射实质上是透明的，所述膜包括：
(a)籽晶层，其具有主表面结晶取向；以及
(b)顶层，其布置在所述籽晶层之上；
使用脉冲激光器从所述衬底的背面照射所述膜，以在与所述籽晶层的界面处熔化所述顶层的第一部分，同时所述顶层的第二部分保持固态；以及
重新凝固所述顶层的所述第一部分，以形成以所述籽晶层外延的晶体激光，从而释放热以熔化所述顶层的相邻部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述籽晶层包括多晶硅。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层包括非晶硅。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层具有{111}取向的主表面结晶取向。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述顶层具有{100}取向的主表面结晶取向。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶层具有大于所述籽晶层的厚度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使用从下列项组成的组中选择的技术来沉积所述籽晶层：区熔再结晶(ZMR)、固相再结晶、化学气相沉积(CVD)、溅射、蒸发、表面能量驱动的二次晶粒成长(SEDSGG)、混合相凝固和脉冲激光结晶法。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括使用脉冲照射在背面照射所述籽晶层以在所述籽晶层的整个厚度中增加所述籽晶层的纹理。
9.根据权利要求1所述的方法，其中使用从低压化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD、物理气相沉积技术和溅射沉积组成的组中选择的方法来沉积所述顶层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜包括从金属和半导体材料组成的组中选择的材料。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶层具有在1微米到大约20微米的范围内的厚度。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述籽晶层具有在50纳米到大约1微米的范围内的厚度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中照射膜的所述步骤包括用连续波或准分子激光器照射。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述膜的上表面加热所述膜。
15.根据权利要求14所述的方法，其中加热包括从膜的正面共同照射。
16.根据权利要求14所述的方法，其中加热包括与加热的表面接触。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射熔化所述整个顶层。
18.一种用于制备厚结晶膜的方法，包括：
提供用于在衬底上结晶的膜，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括：
(a)籽晶层，其具有主表面结晶取向；
(b)顶层，其布置在所述籽晶层之上；以及
(c)金属层，其布置在所述籽晶层之下；
使用在金属可吸收的波长处的脉冲激光器照射所述膜以加热所述金属层，所述热被传输到所述顶层以在与所述籽晶层的界面处熔化所述顶层的第一部分，同时所述顶层的第二部分保持固态；以及
重新凝固所述顶层的所述第一部分，以形成以所述籽晶层外延的晶体层，从而释放热以熔化所述顶层的相邻部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述照射步骤通过所述膜的正面进行。
20.根据权利要求19所述的方法，其中光的一部分被所述膜吸收。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述照射步骤通过所述膜的背面进行。
22.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在所述籽晶层和金属膜之间提供缓冲层。
23.一种制造太阳能电池的方法，包括：
通过下列操作制备结晶硅：
提供用于在衬底上结晶的膜，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括：
(a)籽晶层，其包括具有表面纹理的晶粒；以及
(b)顶层，其布置在低缺陷密度籽晶层之上，所述顶层具有大于所述籽晶层的厚度；
使用脉冲激光器从所述衬底的背面照射所述膜，以在与所述籽晶层的界面处熔化低质层的一部分，其中晶体从所述籽晶层外延地生长；以及
在两个电极之间布置多晶硅层。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述顶层具有大于所述籽晶层的厚度。
25.一种用于制备厚结晶膜的系统，包括：
衬底，其中所述衬底的至少一部分对于激光照射是透明的，所述膜包括：
布置在所述衬底上用于结晶的膜，所述膜包括：
(a)籽晶层，其包括具有表面纹理的晶粒；以及
(b)顶层，其布置在所述籽晶层之上；
用于使用脉冲激光器从所述衬底的背面照射所述膜以在与所述籽晶层的界面处熔化所述顶层的第一部分同时所述顶层的第二部分保持固态的装置；以及
用于使晶体材料的所述第一部分生长以在所述籽晶层上生成外延层从而释放足以熔化所述顶层的相邻部分的热的装置。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述顶层具有大于所述籽晶层的厚度。
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